DE102014203640A1

DE102014203640A1 - fluid injector

Info

Publication number: DE102014203640A1
Application number: DE102014203640.2A
Authority: DE
Inventors: Adeline Tchikango Siagam; Anton Paweletz; Raed Hamada
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-09-03
Also published as: EP3111078B1; EP3111078A1; WO2015128136A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fluidinjektor mit einem elektromagnetischen Betätigungsaktor 12, aufweisend ein Injektorgehäuse 2, in dem eine Injektornadel 6 längsbeweglich angeordnet ist, wobei die Injektornadel 6 eine zumindest eine Düsenöffnung 9 beherrschende Düsenspitze 8 und einen mit der Injektornadel 6 zusammenwirkenden Anker 17 des Betätigungsaktors 12 aufweist. Erfindungsgemäß wird ein Fluidinjektor bereitgestellt, der hinsichtlich seines dynamischen Betriebs und der Aufnahme von elektrischer Energie verbessert ist. Erreicht wird dies dadurch, dass ein zusätzlicher Steueraktor 22 für ein Fluid vorgesehen ist und dass das Fluid in einen mit der Injektornadel 6 zusammenwirkenden Druckraum für eine Steuerung einer Bewegung der Injektornadel 6 eingeleitet ist. Dieser Steueraktor 22 ist ein Mikroaktor, insbesondere ein Smart Material Linear Aktor (SMLA) 38a, 38b, der beispielsweise auf einem elektroaktiven Polymer (EAP) oder einem magnetorheologischen Elastomere (MRE) basiert.The invention relates to a fluid injector with an electromagnetic actuating actuator 12, comprising an injector housing 2 in which an injector needle 6 is arranged to be longitudinally movable, wherein the injector needle 6 has a nozzle tip 8 dominating at least one nozzle opening 9 and an armature 17 of the actuation actuator 12 cooperating with the injector needle 6 , According to the invention, a fluid injector is provided which is improved in terms of its dynamic operation and the absorption of electrical energy. This is achieved in that an additional control actuator 22 is provided for a fluid and that the fluid is introduced into a pressure chamber cooperating with the Injektornadel 6 for controlling a movement of the Injektornadel 6. This control actuator 22 is a microactuator, in particular a Smart Material Linear Actuator (SMLA) 38a, 38b, which is based for example on an electroactive polymer (EAP) or a magnetorheological elastomer (MRE).

Description

Die Erfindung betrifft einen Fluidinjektor mit einem elektromagnetischen Betätigungsaktor, aufweisend ein Injektorgehäuse, in dem eine Injektornadel längsbeweglich angeordnet ist, wobei die Injektornadel eine Düsenöffnungen beherrschende Düsenspitze und einen mit der Injektornadel zusammenwirkenden Anker des Betätigungsaktors aufweist.The invention relates to a fluid injector with an electromagnetic actuation actuator, comprising an injector housing, in which an injector needle is arranged to be longitudinally movable, the injector needle having a nozzle tip dominating nozzle openings and an armature of the actuation actuator cooperating with the injector needle.

Stand der TechnikState of the art

Ein derartiger Fluidinjektor ist aus der DE 10 2011 076 663 A1 bekannt. Dieser Fluidinjektor ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, der eine Injektornadel aufweist, die in einer Hochdruckbohrung eines Injektorgehäuses zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung hubbeweglich geführt ist. Dieser Fluidinjektor weist einen ersten elektromagnetischen Betätigungsaktor auf, der die Injektornadel zur Freigabe der zumindest einen Düsenöffnung verstellt. Daneben weist der Fluidinjektor einen zweiten elektromagnetischen Betätigungsaktor auf, der dem ersten Betätigungsaktor und einer Ankerplatte gegenüberliegend angeordnet ist und der bei einer Bestromung die mit der Injektornadel verbundene Ankerplatte unterstützend zu einer Injektornadelfeder zu einem Verschließen der zumindest einen Düsenöffnung bewegt.Such a fluid injector is from the DE 10 2011 076 663 A1 known. This fluid injector is a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, which has an injector needle, which is guided in a high-pressure bore of an injector for releasing and closing at least one injection port liftable. This fluid injector has a first electromagnetic actuation actuator, which adjusts the injector needle to release the at least one nozzle opening. In addition, the fluid injector has a second electromagnetic actuation actuator which is arranged opposite the first actuation actuator and an armature plate and which, when energized, moves the armature plate connected to the injector needle in support of an injector needle spring to close the at least one nozzle opening.

Ein ähnlicher Fluidinjektor ist aus der DE 10 2008 001 895 A1 bekannt. Dieser Fluidinjektor weist zwei Paare von Betätigungsaktoren auf, wobei jeweils ein Paar der elektromagnetischen Betätigungsaktoren zum Öffnen und zum Schließen der Injektornadel vorgesehen ist. Die Unterbringung der insgesamt vier elektromagnetischen Betätigungsaktoren erfordert erheblichen Bauraum.A similar fluid injector is from the DE 10 2008 001 895 A1 known. This fluid injector has two pairs of actuation actuators, one pair of the electromagnetic actuation actuators each being provided for opening and closing the injector needle. The accommodation of the four electromagnetic actuators requires considerable space.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fluidinjektor bereitzustellen, der hinsichtlich seines dynamischen Betriebs und der Aufnahme elektrischer Energie verbessert ist.The invention has for its object to provide a fluid injector, which is improved in terms of its dynamic operation and the absorption of electrical energy.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein zusätzlicher Steueraktor für ein Fluid vorgesehen ist und dass das Fluid in einen mit der Injektornadel zusammenwirkenden Druckraum für eine Steuerung einer Bewegung der Injektornadel eingeleitet ist. Das von dem Fluidinjektor zu injizierende Fluid steht unter einem Druck und dieser Fluiddruck wirkt – gesteuert von dem Steueraktor – über den Druckraum auf die Injektornadel ein. Dadurch ist es möglich, die Öffnungsbewegung und/oder die Schließbewegung der Injektornadel in der Form zu beeinflussen, dass diese insbesondere schneller und gegebenenfalls genauer erfolgt. Dadurch wird das dynamische Verhalten des Fluidinjektors insgesamt verbessert. Da der Steueraktor nur den Fluss des Fluids steuert, ist eine deutlich geringere elektrische Energie zum Betreiben des Steueraktors als bei einem zweiten elektromagnetischen Betätigungsaktor notwendig. Da der Steueraktor den Betätigungsaktor unterstützt, kann der Betätigungsaktor auch kleiner und mit einer geringeren Leistungsaufnahme ausgestaltet sein. Dadurch kann insgesamt die elektrische Energie zur Betätigung des Fluidinjektors verringert werden.This object is achieved in that an additional control actuator for a fluid is provided and that the fluid is introduced into a cooperating with the Injektornadel pressure chamber for controlling a movement of the Injektornadel. The fluid to be injected by the fluid injector is under a pressure and this fluid pressure acts on the injector needle via the pressure chamber, controlled by the control actuator. This makes it possible to influence the opening movement and / or the closing movement of the injector needle in such a way that it takes place in particular faster and, if necessary, more precisely. This improves the overall dynamic behavior of the fluid injector. Since the control actuator only controls the flow of the fluid, a significantly lower electrical energy is required for operating the control actuator than for a second electromagnetic actuation actuator. Since the control actuator supports the actuation actuator, the actuation actuator can also be designed smaller and with a lower power consumption. As a result, overall the electrical energy for actuating the fluid injector can be reduced.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Steueraktor in dem Injektorgehäuse angeordnet. Da der den Fluidfluss steuernde Steueraktor erheblich kleiner als der Betätigungsaktor ausgebildet sein kann, ist dieser problemlos in das Injektorgehäuse zu integrieren.In a further development of the invention, the control actuator is arranged in the injector housing. Since the control of the fluid flow controlling actuator can be designed considerably smaller than the Betätigungsaktor, this is easily integrated into the injector.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Steueraktor zwischen dem Betätigungsaktor und der Düsenspitze angeordnet. Diese Anordnung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da einerseits in diesem Bereich eine Strömungsleitung des von dem Fluidinjektor zu injizierenden Fluids vorhanden ist, von einer dem Steueraktor beherrschte und auf die Injektornadel einwirkende Zweigleitung abgeleitet werden kann, und andererseits der Steueraktor in diesem Bereich aufgrund seiner geringen Größe problemlos zu integrieren ist.In a further embodiment of the invention, the control actuator between the actuating actuator and the nozzle tip is arranged. This arrangement has proved to be particularly advantageous, since on the one hand in this area a flow line of the fluid injector to be injected fluid is present, can be derived from a control actuator dominated and acting on the Injektornadel branch, and on the other hand, the control actuator in this area due to its Small size is easy to integrate.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Steueraktor ein Mikroaktor, insbesondere ein (Hohlwellen) Smart Material Linear Aktor (SMLA). Ein solcher Mikroaktor beziehungsweise Smart Material Linear Aktor steht in verschiedenen Ausführungen zur Verfügung und zeichnet sich durch seine geringe Baugröße und geringe Aufnahme von elektrischer Energie aus. Ein solcher Smart Material Linear Aktor gehört zur Kategorie der Mikroaktoren, die ein Formgedächtnis aufweisen. Dabei kann der Mikroaktor insbesondere auf einem elektroaktiven Polymer (EAP) beziehungsweise dielektrischen Elastomer basieren oder aber auf einem magnetorheologischen Elastomer (MRE). Aktoren, die auf diesen Prinzipien basieren, haben die Fähigkeit, entweder die elektrische Energie direkt in mechanische Energie umzuwandeln oder aber ihre Steifigkeit stark zu verändern. Weiterhin haben diese Mikroaktoren im Unterschied zu piezoelektrischen Keramiken, die grundsätzlich auch verwendet werden können, sehr viel höhere Verformungseigenschaften und ein geringeres Gewicht. Dadurch ergibt sich eine deutlich höhere darstellbare Energiedichte. Eine Bauform des Mikroaktors auf Basis eines elektroaktiven Polymers ist ein sogenannter Rollenaktor, der somit als Hohlwellenmikroaktor ausgebildet sein kann. Diese Bauform lässt sich besonders gut verwenden, da ein solcher Aktor problemlos die Injektornadel umgebend in das Injektorgehäuse eingebaut werden kann. Ein auf Basis eines magnetorheologischen Elastomers beruhender Mikroaktor besteht in der Regel aus einer Elastomermatrix mit dispergierten magnetisch aktiven Partikeln. Bei diesen Elastomeren können viskoelastische oder dynamisch-mechanische Eigenschaften durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes, zum Beispiel durch die Bestromung einer Feld-Erregerspule, schnell und reversibel verändert werden. Solche Elastomere können erfindungsgemäß besonders sinnvoll eingesetzt werden, da sie ein sehr gutes Dynamikverhalten aufweisen.In a development of the invention, the control actuator is a microactuator, in particular a (hollow shaft) Smart Material Linear Actuator (SMLA). Such a microactuator or smart material linear actuator is available in various designs and is characterized by its small size and low absorption of electrical energy. Such a smart material linear actuator belongs to the category of microactuators, which have a shape memory. In this case, the microactuator can be based in particular on an electroactive polymer (EAP) or dielectric elastomer or else on a magnetorheological elastomer (MRE). Actuators based on these principles have the ability either to convert electrical energy directly into mechanical energy or to greatly alter its stiffness. Furthermore, these microactuators, in contrast to piezoelectric ceramics, which can be used in principle, much higher deformation properties and a lower weight. This results in a significantly higher representable energy density. A design of the microactuator based on an electroactive polymer is a so-called role actuator, which can thus be designed as a hollow shaft micro-actuator. This design can be used particularly well, since such an actuator can be easily installed surrounding the Injektornadel in the injector. A microactor based on a magnetorheological elastomer is usually composed of an elastomer matrix dispersed magnetically active particles. In these elastomers, viscoelastic or dynamic mechanical properties can be changed rapidly and reversibly by applying an external magnetic field, for example by energizing a field exciter coil. Such elastomers can be used according to the invention particularly meaningful, since they have a very good dynamic behavior.

In Weiterbildung der Erfindung beherrscht der Steueraktor eine Strömungsverbindung einer Hochdruckleitung des Fluids über den Druckraum zu einer Niederdruckleitung. Wie schon ausgeführt wurde, wird das von dem Fluidinjektor zu injizierende Fluid unter Druck, vorzugsweise unter Hochdruck, dem Fluidinjektor zugeführt und eine von der Hochdruckleitung des Fluidinjektors abzweigende Zweigleitung des Fluids wird über den Druckraum zu dem Steueraktor geleitet, der eine Fluidverbindung zwischen der Zweigleitung und einer Niederdruckleitung beherrscht. Eine Niederdruckleitung ist ebenfalls in dem Fluidinjektor schon vorhanden und dient zur Abführung von Leckagefluid. Dadurch ist der bauliche Aufwand zur Einbringung von Strömungsleitungen in den Fluidinjektor gering.In a development of the invention, the control actuator controls a flow connection of a high-pressure line of the fluid via the pressure chamber to a low-pressure line. As already stated, the fluid to be injected by the fluid injector is supplied under pressure, preferably under high pressure, to the fluid injector and a branch line of the fluid branching from the high pressure line of the fluid injector is led via the pressure chamber to the control actuator, which establishes a fluid connection between the branch line and a low pressure line dominated. A low-pressure line is also already present in the fluid injector and serves to remove leakage fluid. As a result, the structural complexity for introducing flow lines into the fluid injector is low.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Hochdruckleitung über die Zweigleitung mit einer den Druckraum bildenden Hochdruckkompensationskammer verbunden, wobei die Hochdruckkompensationskammer an einen Stufenabsatz der Injektornadel anschließt. Die Hochdruckkompensationskammer kann so in Bezug zu dem Stufenabsatz angeordnet sein, dass entweder eine Öffnungsbewegung oder Schließbewegung der Injektornadel durch ein Absenken des Fluiddrucks in der Hochdruckkompensationskammer begünstigt oder unterstützt wird. Grundsätzlich ist es darüber hinaus auch möglich, einen doppelseitigen Stufenabsatz vorzusehen, wobei auf jeder Seite eine Hochdruckkompensationskammer angeordnet ist, die jeweils von einem eigenen Steueraktor beherrscht wird. Dadurch ist es möglich, sowohl die Öffnungsbewegung als auch die Schließbewegung der Injektornadel zusätzlich zu beeinflussen.In a development of the invention, the high-pressure line is connected via the branch line to a pressure-chamber-forming high-pressure compensation chamber, the high-pressure compensation chamber being connected to a stepped shoulder of the injector needle. The high pressure compensation chamber may be disposed relative to the step shoulder such that either opening or closing movement of the injector needle is facilitated or assisted by lowering the fluid pressure in the high pressure compensation chamber. In principle, moreover, it is also possible to provide a double-sided stepped shoulder, wherein a high-pressure compensation chamber is arranged on each side, which is controlled in each case by its own control actuator. This makes it possible to additionally influence both the opening movement and the closing movement of the injector needle.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Stufenabsatz zwischen der Düsenspitze und der Hochdruckkompensationskammer angeordnet. Dies ist die bevorzugte Ausgestaltung und bei dieser wird durch eine Druckabsenkung in der Hochdruckkompensationskammer die Injektornadel entlastet und die Aktivierung durch den elektromagnetischen Betätigungsaktor kann beschleunigt werden. Umgekehrt wird bei Erhöhung des Drucks in der Hochdruckkompensationskammer auf den herrschenden Hochdruck in der Hochdruckleitung die Injektornadel länger belastet und die Öffnungszeit des Fluidinjektors wird kürzer und weniger Fluid kann über die zumindest eine Düsenöffnung injiziert werden. Dementsprechend kann auch die Schließzeit der Injektornadel verkürzt werden.In a further embodiment of the invention, the stepped shoulder between the nozzle tip and the Hochdruckkompensationskammer is arranged. This is the preferred embodiment and in this the injector needle is relieved by a pressure reduction in the high-pressure compensation chamber and the activation by the electromagnetic actuation actuator can be accelerated. Conversely, when the pressure in the high-pressure compensation chamber is increased to the prevailing high pressure in the high-pressure line, the injector needle is subjected to a longer load and the opening time of the fluid injector becomes shorter and less fluid can be injected via the at least one nozzle opening. Accordingly, the closing time of the injector needle can be shortened.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Fluidinjektor ein Kraftstoffinjektor und das Fluid Kraftstoff. Der Fluidinjektor kann grundsätzlich ein beliebiger Injektor zur Injizierung eines beliebigen Fluids sein, wobei aber die Anwendung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besonders vorteilhaft bei einem Kraftstoffinjektor möglich ist. Die Baugröße eines solchermaßen ausgebildeten Kraftstoffinjektors lässt sich deutlich reduzieren und auch die Aufnahme von elektrischer Energie zur präzisen Steuerung des Kraftstoffinjektors ist gegenüber einem herkömmlich ausgebildeten Kraftstoffinjektor reduziert. Dabei ist mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor eine genaue elektrisch gesteuerte hydraulische Servo-Funktion des Kraftstoffinjektors realisiert, was zu einem besseren Dynamikverhalten führt.In a development of the invention, the fluid injector is a fuel injector and the fluid is fuel. The fluid injector can in principle be any injector for injecting any fluid, but the application of the embodiment according to the invention is particularly advantageously possible with a fuel injector. The size of such a trained fuel injector can be significantly reduced and also the recording of electrical energy for precise control of the fuel injector is reduced compared to a conventionally designed fuel injector. In this case, with the inventively embodied fuel injector an accurate electrically controlled hydraulic servo function of the fuel injector realized, resulting in a better dynamic response.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.Further advantageous embodiments of the invention are described in the drawings, are described in more detail in the embodiments illustrated in the figures of the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:Show it:

1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Fluidinjektor, 1 a longitudinal section through a inventively designed fluid injector,

2a, 2b einen Längsschnitt durch einen Fluidinjektor im Bereich einer ersten Ausbildungsform eines Steueraktors in seiner geöffneten Position und einem dadurch ermöglichten Strömungsfluss, 2a . 2 B FIG. 2 shows a longitudinal section through a fluid injector in the region of a first embodiment of a control actuator in its open position and a flow of flow made possible thereby; FIG.

3a, 3b einen Längsschnitt durch einen Fluidinjektor im Bereich einer ersten Ausbildungsform eines Steueraktors in seiner geschlossenen Position und einem dadurch abgesperrten Strömungsfluss, 3a . 3b 3 a longitudinal section through a fluid injector in the region of a first embodiment of a control actuator in its closed position and a flow flow shut off thereby;

4a, 4b einen Längsschnitt durch einen Fluidinjektor im Bereich einer zweiten Ausbildungsform eines Steueraktors in seiner geöffneten Position und einem dadurch ermöglichten Strömungsfluss und 4a . 4b a longitudinal section through a fluid injector in the region of a second embodiment of a Steueraktors in its open position and thereby enabled flow flow and

5a, 5b einen Längsschnitt durch einen Fluidinjektor im Bereich einer zweiten Ausbildungsform eines Steueraktors in seiner geschlossenen Position und einem dadurch abgesperrten Strömungsfluss. 5a . 5b a longitudinal section through a fluid injector in the region of a second embodiment of a Steueraktors in its closed position and thereby closed flow flow.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Fluidinjektor in Form eines Kraftstoffinjektors 1. Dieser Kraftstoffinjektor ist Teil eines insbesondere als Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildeten Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine. Dabei weist das Kraftstoffeinspritzsystem einen Tank auf, aus dem eine Kraftstoffniederdruckpumpe Kraftstoff über zumindest eine Filtereinrichtung einer Kraftstoffhochdruckpumpe zuführt, die den zugeführten Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher fördert. Aus diesem Hochdruckspeicher entnehmen ein oder mehrere Kraftstoffinjektoren 1 dort unter einem Druck von bis zu 3000 bar gespeicherten Kraftstoff zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume einer Brennkraftmaschine. 1 shows a longitudinal section through a fluid injector in the form of a fuel injector 1 , This fuel injector is part of a fuel injection system of an internal combustion engine designed in particular as a common rail injection system. In this case, the fuel injection system has a tank from which a low-pressure fuel pump supplies fuel via at least one filter device to a high-pressure fuel pump, which conveys the supplied fuel into a high-pressure accumulator. From this high-pressure accumulator remove one or more fuel injectors 1 there under a pressure of up to 3000 bar stored fuel for injection into the associated combustion chambers of an internal combustion engine.

Der Kraftstoffinjektor 1 weist als Gehäuseteile ein Injektorgehäuse 2, einen Steueraktorkörper 21 und einen Injektornadelkörper 3 auf. Der Injektornadelkörper 3 ist mittels einer Spannmutter 4 unter Zwischenfügung des Steueraktorkörpers mit dem Injektorgehäuse 2 flüssigkeitsdicht verschraubt. In dem Injektornadelkörper 3 ist eine Führungsbohrung 5 für eine Injektornadel 6 eingelassen, wobei sich die Führungsbohrung 5 in dem Steueraktorkörper 21 fortsetzt und in dem Injektorgehäuse 2 als eine den sich in dem Injektorgehäuse 2 fortsetzenden Teil der Injektornadel 6 aufnehmende Ausnehmung 7 ausgebildet ist.The fuel injector 1 has an injector housing as housing parts 2 , a control actuator body 21 and an injector needle body 3 on. The injector needle body 3 is by means of a clamping nut 4 with the interposition of the Steueraktor body with the injector 2 screwed liquid-tight. In the injector needle body 3 is a guide hole 5 for an injector needle 6 let in, with the guide bore 5 in the control actuator body 21 continues and in the injector housing 2 as one in the injector housing 2 continuing part of the injector needle 6 receiving recess 7 is trained.

Die Injektornadel 6 weist eine stirnseitige Düsenspitze 8 auf, die vorzugsweise eine Vielzahl von Düsenöffnungen 9 an dem von dem Injektorgehäuse wegweisenden Endbereich des Injektornadelkörpers 3 verschließt oder freigibt. Werden die Düsenöffnungen 9 von der Injektornadel freigegeben, wird durch die Düsenöffnungen 9 über eine in das Injektorgehäuse 2, den Steueraktorkörper 21 und den Injektornadelkörper 3 eingelassene Hochdruckleitung 10 zugeführter Kraftstoff in einen zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Dabei wird der über die Hochdruckleitung 10 zugeführte Kraftstoff in einen Hochdruckringraum 11 in den Injektornadelkörper 3 geführt, der über einen Ringraum zwischen dem Injektornadelkörper 3 und der Injektornadel 6 oder über Strömungskanäle in dem Injektornadelkörper 3 und/oder der Injektornadel 6 mit einem Raum im Bereich der Düsenkörperspitze des Injektornadelkörpers 3 verbunden ist. Dieser Raum in der Düsenkörperspitze ist bei geschlossener und die Düsenöffnungen 9 absperrenden Stellung der Düsenspitze 8 der Injektornadel 6 gegenüber den Düsenöffnungen 9 abgesperrt, während nach einer axialen Verstellung der Injektornadel 6 weg von den Düsenöffnungen 9 die Strömungsverbindung zwischen dem Raum und den Düsenöffnungen 9 freigegeben ist.The injector needle 6 has a front nozzle tip 8th on, preferably a plurality of nozzle openings 9 at the end region of the injector needle body facing away from the injector housing 3 closes or releases. Be the nozzle openings 9 released from the Injektornadel, is through the nozzle openings 9 via one into the injector housing 2 , the control actuator body 21 and the injector needle body 3 taken in high pressure line 10 supplied fuel injected into an associated combustion chamber of the internal combustion engine. This is the over the high pressure line 10 fed fuel into a high pressure annulus 11 into the injector needle body 3 guided, which has an annular space between the Injektornadelkörper 3 and the injector needle 6 or via flow channels in the Injektornadelkörper 3 and / or the Injektornadel 6 with a space in the area of the nozzle body tip of the injector needle body 3 connected is. This space in the nozzle body tip is closed and the nozzle openings 9 Shut-off position of the nozzle tip 8th the injector needle 6 opposite the nozzle openings 9 shut off, while after an axial adjustment of the Injektornadel 6 away from the nozzle openings 9 the flow connection between the space and the nozzle openings 9 is released.

Die axiale Verstellung der Injektornadel 3 wird zunächst einmal von einem konventionellen elektromagnetischen Betätigungsaktor 12 vorgenommen, der eine Spule 13 aufweist. Die Spule 13 weist Anschlussleitungen 14a, 14b auf, die mit einem Steuergerät 15 verbunden sind. Mittels des Steuergeräts 15 kann die Spule 13 über die Anschlussleitungen 14a, 14b bestromt werden oder nicht. Bei einer Bestromung der in ein Betätigungsaktorgehäuse 16 eingebauten Spule 13 wird ein magnetisches Feld aufgebaut, das einen mit der Injektornadel 6 verbundenen Anker 17 in Form einer Ankerscheibe in Richtung zu der Spule 13 axial anzieht. Dadurch wird die Düsenspitze 8 von den Düsenöffnungen 9 gegen die Wirkkraft einer Injektornadelfeder 18 von den Düsenöffnungen 9 in eine Einspritzstellung wegbewegt. Die Injektornadelfeder 18 stützt sich an einer mit dem Injektorgehäuse 2 zusammenwirkenden Federscheibe 19 und einer mit der Injektornadel 6 verbundenen Nadelscheibe 20 ab. Wird die Bestromung der Spule 13 aufgehoben, bricht das magnetische Feld zusammen und die Injektornadelfeder 18 drückt die Injektornadel 6 in ihre Schließstellung, bei der die Düsenöffnungen 9 verschlossen sind. Stirnseitig des Injektorgehäuses 2 ist der Steueraktorkörper 21 zwischen dem Injektorgehäuse 2 und dem Injektornadelkörper 3 angeordnet, in den ein Steueraktor 22 eingebaut ist. Der Steueraktor 22 wird in den nachfolgenden Figuren genauer erläutert und weist ebenfalls Anschlussleitungen 14c, 14d auf, die den Steueraktor 22 ebenfalls mit dem Steuergerät 15 verbinden. Der Steueraktor 22 öffnet oder schließt eine Strömungsverbindung zwischen einer von der Hochdruckleitung 10 abzweigenden Zweigleitung 23a, 23b zu einer Niederdruckleitung 24. Die Niederdruckleitung 24 ist in geeigneter Weise beispielsweise mit dem Tank des Kraftstoffsystems verbunden. Zwischen der Zweigleitung 23a und der weiterführenden Zweigleitung 23b ist ein als Hochdruckkompensationskammer 25 ausgebildeter Druckraum angeordnet, wobei die Hochdruckkompensationskammer 25 an einen Stufenabsatz 26 an der Injektornadel 6 angrenzt.The axial adjustment of the injector needle 3 is first of all a conventional electromagnetic actuation actuator 12 made a coil 13 having. The sink 13 has connecting cables 14a . 14b on that with a control unit 15 are connected. By means of the control unit 15 can the coil 13 over the connection lines 14a . 14b be energized or not. When energized in an Betätigungsaktorgehäuse 16 built-in coil 13 a magnetic field is established, one with the injector needle 6 connected anchors 17 in the form of an anchor plate towards the coil 13 attracts axially. This will cause the nozzle tip 8th from the nozzle openings 9 against the effectiveness of an injector needle spring 18 from the nozzle openings 9 moved away into an injection position. The injector needle spring 18 rests on one with the injector housing 2 interacting spring washer 19 and one with the injector needle 6 connected needle wheel 20 from. Is the energization of the coil 13 unlocked, the magnetic field collapses and the injector needle spring breaks 18 presses the injector needle 6 in its closed position, at the nozzle openings 9 are closed. Front side of the injector housing 2 is the control actuator body 21 between the injector housing 2 and the injector needle body 3 arranged in which a control actuator 22 is installed. The tax factor 22 is explained in more detail in the following figures and also has connecting cables 14c . 14d on that the control actuator 22 also with the control unit 15 connect. The tax factor 22 opens or closes a flow connection between one of the high pressure line 10 branching branch line 23a . 23b to a low pressure line 24 , The low pressure line 24 is suitably connected, for example, to the tank of the fuel system. Between the branch line 23a and the secondary branch 23b is a high-pressure compensation chamber 25 trained pressure chamber, wherein the high pressure compensation chamber 25 to a step paragraph 26 at the injector needle 6 borders.

Ist die Strömungsverbindung durch den Steueraktor 22 von der Zweigleitung 23a, 23b zu der Niederdruckleitung 24 unterbrochen, wirkt in der Hochdruckkompensationskammer 25 eine von dem unter Hochdruck stehenden Kraftstoff hervorgerufene Schließkraft auf den Stufenabsatz 6, die die Schließkraft der Injektornadelfeder 18 unterstützt. Wird der in der Hochdruckkompensationskammer 25 herrschende Kraftstoffdruck durch Verbindung der Strömungsverbindung zwischen der Zweigleitung 23a, 23b und der Niederdruckleitung 24 abgesenkt, wird die zusätzliche Schließkraft vermindert. Zur Beschränkung der über die Zweigleitung 23a in die Hochdruckkompensationskammer 25 eingeleiteten Kraftstoffmenge kann in die Zweigleitung 23a eine Drossel eingebaut sein. In der 1 ist im Übrigen der Steueraktor unbestromt und die Strömungsverbindung zwischen der Zweigleitung 23a, 23b und der Niederdruckleitung 24 ist freigegeben.Is the flow connection through the control actuator 22 from the branch line 23a . 23b to the low pressure line 24 interrupted, acts in the high pressure compensation chamber 25 one of the high-pressure fuel caused closing force on the stepped shoulder 6 that the closing force of the injector needle spring 18 supported. Will the in the high pressure compensation chamber 25 prevailing fuel pressure by connecting the flow connection between the branch line 23a . 23b and the low pressure line 24 lowered, the additional closing force is reduced. To restrict the over the branch line 23a into the high-pressure compensation chamber 25 introduced fuel quantity can be in the branch line 23a a throttle installed. In the 1 Incidentally, the control actuator is de-energized and the flow connection between the branch line 23a . 23b and the low pressure line 24 is released.

Diese unbestromte, die Strömungsverbindung freigebende Stellung des Steueraktors 2 ist ebenfalls in dem in 2a dargestellten vergrößerten Längsschnitt durch den Steueraktor 22 und der abschnittsweise sowie unmaßstäblich wiedergegeben Injektornadel 6 eingestellt. Der Steueraktor 22 weist ein topfförmig ausgebildetes Steueraktorgehäuse 27 auf, das in den Steueraktorkörper 21 (1) eingesetzt ist. Das Steueraktorgehäuse 27 weist eine Zutrittsöffnung 28 auf, in die die Zweigleitung 23b einmündet. Die Zutrittsöffnung 28 ist über eine Drosselstelle 29 die zusätzlich oder alternativ zu der Drossel in der Zweigleitung 23a vorgesehen sein kann, mit einer sichelförmig ausgebildeten Hochdruckkammer 30 (siehe auch 2b) verbunden. Die Hochdruckkammer 30 ist in der 2a über einen Durchflussraum 31 in dem Steueraktorgehäuse 27 mit einer ebenfalls sichelförmig ausgebildeten Niederdruckkammer 32 in dem Steueraktorgehäuse 27 verbunden. Die sichelförmige Niederdruckkammer 32 ist über einen Niederdruckkanal 33 mit der Niederdruckleitung 24 verbunden. In dem Steueraktorgehäuse 27 ist ein Steueraktorkolben 34 längsbeweglich angeordnet. Dabei bildet die Innenwand des Steueraktorgehäuses 27 die Führung für die äußere Umfangswand des Steueraktorkolbens 34. Gegenüber der den Steueraktor 22 zentral durchdringenden Injektornadel 6 besteht ein Luftspalt oder alternativ eine Gleitlagerung des Steueraktorkolbens 34. Der Steueraktorkolben 34 wird in der dargestellten Position von einer Steueraktorfeder 35 nach rechts in Richtung zu dem Betätigungsaktor 12 gedrückt. In 2a ist die Strömungsverbindung 36 (2b) durch den Durchflussraum 31 zu der Niederdruckkammer 32 freigegeben. This de-energized, the flow connection releasing position of the Steueraktors 2 is also in the in 2a shown enlarged longitudinal section through the control actuator 22 and the fragmentary and not to scale reproduced Injektornadel 6 set. The tax factor 22 has a cup-shaped Steueraktorgehäuse 27 in the control actuator body 21 ( 1 ) is used. The control actuator housing 27 has an access opening 28 on, in which the branch line 23b opens. The access opening 28 is via a throttle point 29 the additional or alternative to the throttle in the branch line 23a may be provided with a sickle-shaped high-pressure chamber 30 (see also 2 B ) connected. The high pressure chamber 30 is in the 2a over a flow space 31 in the control actuator housing 27 with a sickle-shaped low pressure chamber 32 in the control actuator housing 27 connected. The crescent-shaped low pressure chamber 32 is via a low pressure channel 33 with the low pressure line 24 connected. In the control actuator housing 27 is a control actuator piston 34 arranged longitudinally movable. In this case, the inner wall of the Steueraktorgehäuses forms 27 the guide for the outer peripheral wall of the Steueraktorkolbens 34 , Opposite the tax actuator 22 centrally penetrating injector needle 6 There is an air gap or alternatively a sliding bearing of Steueraktorkolbens 34 , The control actuator piston 34 is in the position shown by a Steueraktorfeder 35 right towards the actuation actuator 12 pressed. In 2a is the flow connection 36 ( 2 B ) through the flow space 31 to the low pressure chamber 32 Approved.

Der Steueraktorkolben 34 weist eine ringförmige Ausnehmung 37 auf, in die ein Mikroaktor in Form eines (Hohlwellen) Smart Material Linear Aktors (SMLA) 38a, basierend auf einem elektroaktiven Polymer (EAP) eingebaut ist. Dabei ist der Hohlwellen Smart Material Linear Aktor 38a nicht angesteuert. Der Hohlwellen Smart Material Linear Aktor 38a stützt sich an einem inneren Kolbenboden des Steueraktorkolbens 34 und dem Injektorgehäuse 2 (1) oder einem zwischen dem Steueraktorgehäuse 27 und dem Steueraktorkolben 34 angeordneten topfförmigen Element 39 ab. Das topfförmige Element 39 ist gegenüber dem Steueraktorkolben 34 beweglich und beide Bauteile schließen den Hohlwellen Smart Material Linear Aktor 38a ein. In einer alternativen Ausgestaltung kann der Steueraktor 22 durch einen Aufbau mit zwei komplementären Lagern/Teilgehäusen insbesondere in Form des Steueraktorkolbens 34 den Nachteil vom EAP Material (konstantes Volumen bei seiner Betätigung) ausgleichen.The control actuator piston 34 has an annular recess 37 into which a microactuator in the form of a (hollow shaft) Smart Material Linear Actuator (SMLA) 38a , based on an electroactive polymer (EAP) is incorporated. The hollow shaft is Smart Material Linear Actuator 38a not controlled. The hollow shaft Smart Material Linear Actuator 38a is supported on an inner piston crown of the Steueraktorkolbens 34 and the injector housing 2 ( 1 ) or one between the Steueraktorgehäuse 27 and the control actuator piston 34 arranged cup-shaped element 39 from. The cup-shaped element 39 is opposite to the control actuator piston 34 movable and both components close the hollow shaft Smart Material Linear Actuator 38a one. In an alternative embodiment, the control actuator 22 by a structure with two complementary bearings / sub-housings, in particular in the form of Steueraktorkolbens 34 compensate for the disadvantage of EAP material (constant volume on its operation).

Wird der Hohlwellen Smart Material Linear Aktor 38a bestromt, verformt sich dieser wie in 3a dargestellt ist und verschiebt den Steueraktorkolben 34 in Bezug zu dem topfförmigen Element 39 in die dargestellte Position. Dadurch ist die Strömungsverbindung 36 durch den Durchflussraum 31 von der Hochdruckkammer 30 zu der Niederdruckkammer 32 unterbunden und folglich erhöht sich der Kraftstoffdruck in der Hochdruckkompensationskammer 25 auf den in der Hochdruckleitung 10 herrschenden Druck. Entsprechend ist in 3b die Unterbrechung der Strömungsverbindung 36 zwischen der Hochdruckkammer 30 und der Niederdruckkammer 32 dargestellt.Will the hollow shaft Smart Material Linear actuator 38a energized, this deforms as in 3a is shown and moves the Steueraktorkolben 34 in relation to the pot-shaped element 39 in the position shown. This is the flow connection 36 through the flow space 31 from the high pressure chamber 30 to the low pressure chamber 32 prevented and thus increases the fuel pressure in the high pressure compensation chamber 25 on the in the high pressure line 10 prevailing pressure. Accordingly, in 3b the interruption of the flow connection 36 between the high pressure chamber 30 and the low pressure chamber 32 shown.

Bei dem in den 4a, 4b und 5a, 5b dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich anstelle des (Hohlwellen) Smart Material Linear Aktors 38a auf Basis eines elektroaktiven Polymers ein (Hohlwellen) Smart Material Linear Aktor SMLA) 38b auf Basis eines magnetorheologischen Elastomers (MRE) verbaut. Der weitere Aufbau und die Funktion sind identisch zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel.In the in the 4a . 4b and 5a . 5b illustrated embodiment is merely instead of the (hollow shafts) smart material linear actuator 38a based on an electroactive polymer a (hollow shaft) Smart Material Linear Actuator SMLA) 38b based on a magnetorheological elastomer (MRE). The further structure and the function are identical to the embodiment described above.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011076663 A1 [0002]
DE 102008001895 A1 [0003]

Claims

Fluid injector with an electromagnetic actuation actuator ( 12 ), comprising an injector housing ( 2 ), in which an injector needle ( 6 ) is longitudinally movably arranged, wherein the Injektornadel ( 6 ) an at least one nozzle opening ( 9 ) dominant nozzle tip ( 8th ) and one with the injector needle ( 6 ) interacting anchors ( 17 ) of the actuating actuator ( 12 ), characterized in that an additional control actuator ( 22 ) is provided for a fluid, wherein the fluid in a with the Injektornadel ( 6 ) cooperating pressure chamber for controlling a movement of the injector needle ( 6 ) is initiated.

Fluid injector according to claim 1, characterized in that the control actuator ( 22 ) in the injector housing ( 2 ) is arranged.

Fluid injector according to claim 1 or 2, characterized in that the control actuator ( 22 ) between the actuation actuator ( 12 ) and the nozzle tip ( 8th ) is arranged.

Fluid injector according to one of the preceding claims, characterized in that the control actuator ( 22 ) a microactuator, in particular a Smart Material Linear Actuator (SMLA) ( 38a . 38b ).

Fluid injector according to claim 4, characterized in that the control actuator ( 22 ) based on an electroactive polymer (EAP).

Fluid injector according to claim 4, characterized in that the control actuator ( 22 ) based on a magnetorheological elastomer (MRE).

Fluid injector according to one of the preceding claims, characterized in that the control actuator ( 22 ) a flow connection ( 36 ) a high-pressure line ( 10 ) of the fluid across the pressure space to a low pressure line.

Fluid injector according to claim 7, characterized in that the high-pressure line ( 10 ) via a branch line ( 23a ) with a pressure chamber forming the high pressure compensation chamber ( 25 ) and that the high pressure compensation chamber ( 25 ) to a stepped heel ( 26 ) of the injector needle ( 6 ).

Fluid injector according to claim 8, characterized in that the stepped shoulder ( 26 ) between the nozzle tip ( 8th ) and the high pressure compensation chamber ( 25 ) is arranged.

Fluid injector according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid injector is a fuel injector ( 1 ) and the fluid is fuel.